Влияние параметров проектирования и размеров на эффективность неподвижных элементов центробежных компрессоров

Рассмотрены неподвижные элементы ступеней промежуточного типа, состоящих из безлопаточного диффузора и обратного направляющего аппарата. Известно, что CFD-расчеты безлопаточного диффузора можно эффективно использовать при проектировании, а результаты CFD-оптимизации обратно направляющего аппарата подтверждены экспериментально. Для расчетов использован метод универсального моделирования, в котором форму проточной части определяют два главных параметра проектирования — условный коэффициент расхода и коэффициент теоретического напора. Оптимизацией и расчетами в программном комплексе ANSYS CFX исследованы неподвижные элементы при условном коэффициенте расхода 0,015…0,150 и коэффициенте теоретического напора 0,45…0,70. Приведены характеристики эффективности оптимизированных неподвижных элементов. Определено влияние параметров проектирования на эффективность неподвижных элементов в расчетном режиме. Входной угол лопаток оптимизированных обратно направляющих аппаратов, особенно у малорасходных ступеней (при условном коэффициенте расхода менее 0,040) значительно меньше, чем у известных аналогов. Структура течения потока в оптимизированных обратно направляющих аппаратах малорасходных ступеней недостаточно благоприятная (наблюдаются значительные зоны отрыва на лопатках). Исследование неподвижных элементов малорасходных ступеней будет продолжено. Если результаты получат экспериментальное подтверждение, то проектирование неподвижных элементов станет надежнее, а эффективность ступеней промежуточного типа повысится.
EDN: FGYHZN, https://elibrary/fgyhzn

Литература

[1] Боровков А.И., Воинов И.Б., Никитин М.А. и др. Моделирование характеристик одноступенчатого центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата. Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки, 2018, т. 24, № 3, с. 153–175, doi: https://doi.org/10.18721/JEST.240313

[2] Маренина Л.Н., Галеркин Ю.Б., Дроздов А.А. и др. Положительный опыт CFD-моделирования характеристик центробежных компрессорных ступеней и анализ щелевых потерь. Часть 1. Компрессорная техника и пневматика, 2022, № 2, с. 18–25.

[3] Solovyeva O., Drozdov A. Mathematical model of centrifugal compressor vaneless diffuser based on CFD calculations. E3S Web Conf., 2020, vol. 178, art. 01014, doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017801014

[4] Marenina L., Galerkin Yu., Drozdov A. Stator elements optimization of centrifugal compressor intermediate type stage by CFD methods. E3S Web Conf., 2020, vol. 178, art. 01020, doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017801020

[5] De Bellis F., Guidotti E., Tommaso Rubino D. Centrifugal compressors return channel optimization by means of advanced 3D CFD. Proc. ASME, 2015, vol. 2C, paper GT2015-44143, doi: https://doi.org/10.1115/GT2015-44143

[6] Franz H., Rube C., Wedeking M. et al. Numerical investigation of the return channel of a high-flow centrifugal compressor stage. Proc. ASME, 2015, vol. 2C, paper GT2015-43640, doi: https://doi.org/10.1115/GT2015-43640

[7] Jariwala V., Larosiliere L., Hardin J. Design exploration of a return channel for multistage centrifugal compressors. Proc. ASME, 2016, vol. 2D, paper GT2016-57777, doi: https://doi.org/10.1115/GT2016-57777

[8] Ji C., Li C., Fang J. et al. Loss mechanism of static interstage components of multistage centrifugal compressors for integrated blade design. Math. Probl. Eng., 2018, doi: https://doi.org/10.1155/2018/9025650

[9] Bisping J., Rossbach T., Gratesand D. et al. Influence of diffuser diameter ratio on the performance of a return channel within a centrifugal compressor stage. GPPS, 2018. URL: https://zenodo.org/records/1343352 (дата обращения: 15.06.2024).

[10] Nishida Y., Kobayashi H., Nishida H. et al. Performance improvement of a return channel in a multistage centrifugal compressor using multiobjective optimization. J. Turbomach., 2013, vol. 135, no. 3, art. 031026, doi: https://doi.org/10.1115/1.4007518

[11] Rube C., Rossbach T., Wedeking M. et al. Experimental and numerical investigation of the flow inside the return channel of a centrifugal process compressor. J. Turbomach., 2016, vol. 138, no. 10, art. 101006, doi: https://doi.org/10.1115/1.4032905

[12] Yagi M., Nishioka T., Kobayashi H. et al Effects of return channel with splitter vanes on performance of multistage centrifugal compressor. Proc. ASME, 2015, vol. 2C, paper GT2015-42442, doi: https://doi.org/10.1115/GT2015-42442

[13] Galerkin Yu.B., Marenina L.N., Soldatova K.V. et al. Numerical simulation and optimization of return channels of centrifugal compressor stages of different specific speed. AIP Conf. Proc., 2021, vol. 2412, no. 1, art. 030018, doi: https://doi.org/10.1063/5.0075058

[14] Селезнев К.П., Галеркин Ю.Б. Центробежные компрессоры. Ленинград, Машиностроение, 1982. 271 с.

[15] Солдатова К.В. Создание новой математической модели проточной части центробежных компрессоров и базы данных модельных ступеней. Дисс. … канд. тех. наук. Санкт-Петербург, СПбПУ, 2017. 357 с.

[16] Солдатова К.В. Банк данных модельных ступеней, с характеристиками, рассчитанными по результатам заводских испытаний центробежных компрессоров. Компрессорная техника и пневматика, 2016, № 8, с. 20–24.

[17] Дроздов А.А. Разработка математической модели расчета и проектирования центробежных компрессоров на основе расчетно-экспериментальных исследований и ее практическое применение. Дисс. … док. тех. наук. Санкт-Петербург, СПбПУ, 2021. 440 с.

[18] Дроздов А.А., Галеркин Ю.Б., Соловьева О.А. и др. Математическая модель Метода универсального моделирования 9-й версии: особенности и результаты идентификации. Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение, 2020, т. 4, № 4, с. 28–40, doi: https://doi.org/10.25206/2588-0373-2020-4-4-28-40

[19] Rekstin A.F., Soldatova K.V., Galerkin Yu.B. Experience of application the computer program based on a simplified mathematical model for industrial centrifugal compressors candidates. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2019, vol. 604, art. 012405, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/604/1/012045

[20] Rekstin А., Popova E., Ucehovscy A. Centrifugal compressor stages efficiency analysis by means of the approximate algebraic equations. AIP Conf. Proc., 2018, vol. 2007, no. 1, art. 030036, doi: https://doi.org/10.1063/1.5051897

[21] Рекстин А.Ф., Галеркин Ю.Б. Особенности первичного проектирования малорасходных центробежных компрессорных ступеней. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение, 2018, т. 20, № 2, с. 43–54, doi: 10.15593/2224-9877/2018.2.06

[22] Galerkin Yu.B., Rekstin A.F., Solovyeva O.A. Vaneless diffuser of the centrifugal compressor stage design method. AIP Conf. Proc., 2019, vol. 2141, no. 1, doi: https://doi.org/10.1063/1.5122057